机械毕业设计（论文）-G41J-6型阀体双面钻24孔专机及夹具设计【全套图纸】

G41J-6 型阀体双面钻 24 孔专机床上专用夹具设计说明书 1 G41J-6G41J-6 型阀体双面钻型阀体双面钻 2424 孔孔 专机及夹具设计专机及夹具设计 全套全套图纸图纸，加，加 153893706 指导老师：指导老师： 设设 计：计： 班班 级：级： 0505 机械（机械（2 2）班）班 学学 号：号： 05010122340501012234 G41J-6 型阀体双面钻 24 孔专机床上专用夹具设计说明书 2 扬扬 州州 职职 业业 大大 学学 2008.52008.5 前言前言 本次设计的主要任务是 G41J-6 型阀体双面钻 24 孔专用机床上的专用夹具设计，附加 机床的总体设计。 本组合机床拟采用卧式双面组合机床，液压传动。由于组合机床是由大量通用部件 和少量专用部件组成的工序集中的高效率机床，且加工精度稳定，所以本设计的主要目 的就是提高工厂的生产率。为了进一步提高劳动生产率，该组合机床还采用了专用夹具， 夹具采用液压夹紧，即省力，节约时间，又能保证加紧可靠，从而减少机床加工的辅助 时间。 被加工零件为一阀体，被加工零件的加工精度和需要在组合机床上完成的加工工序， 是制定机床方案的主要依据，我们要加工的零件阀体，其需要在组合机床上完成的工序 为双面钻 24 个孔，孔的直径尺寸未注公差，其加工精度应取 IT11 级精度，孔于孔之23 间的位置精度要求不高，仅为，同一直线上孔的同轴度要求不高，所以mm5 . 0mm5 . 0 G41J-6 型阀体双面钻 24 孔专机床上专用夹具设计说明书 3 钻 24 孔的加工工序只有一道工步即可，并且可以在一个安装工位上对所有孔同时从两面 加工。此阀体零件年生产纲领为 2.5 万/年 本人首先进行机床的总体设计，即在完成工艺方案拟订以后，确定机床的配置形式 和结构方案，画出“三图一卡” 。完成总体设计后，进行了专用夹具的设计。 目目 录录 第一章第一章 组合机床总体设计组合机床总体设计11 1.1 组合机床方案制定组合机床方案制定 11 1.2 确定切削用量及选择刀具确定切削用量及选择刀具11 1.2.1 选择切削用量选择切削用量 22 1.2.2 确定切削力，切削扭距，切削功率及刀具耐用度确定切削力，切削扭距，切削功率及刀具耐用度 22 1.2.3 选择刀具结构选择刀具结构 22 1.3 组合机床总体设计组合机床总体设计 33 1.3.1 被加工零件工序图被加工零件工序图 33 1.3.2 加工示意图加工示意图 3 3 1.3.3 机床联系尺寸图机床联系尺寸图 77 1.3.4 生产率计算卡生产率计算卡 1313 G41J-6 型阀体双面钻 24 孔专机床上专用夹具设计说明书 4 第二章第二章 组合机床专用夹具设计组合机床专用夹具设计 1515 2.1 设计方案的确定设计方案的确定1515 2.1.1 定位方案的选择定位方案的选择 1515 2.1.2 加紧方案的选择加紧方案的选择 1515 2.1.3 加紧力的确定和液压缸的选择加紧力的确定和液压缸的选择 1616 2.2 专用夹具各组成部分的设计专用夹具各组成部分的设计 1818 2.2.1 定位装置定位装置 1818 2.2.2 加紧装置加紧装置 1919 2.2.3 对刀具引导装置对刀具引导装置 2121 2.2.4 夹具体设计夹具体设计 2121 第三章第三章 本组合机床及其专用夹具特点本组合机床及其专用夹具特点 2424 第四章第四章 结论结论2525 致谢致谢2626 参考文献参考文献 2727 附录附录 2828 G41J-6 型阀体双面钻 24 孔专机床上专用夹具设计说明书 5 第一章第一章 组合机床总体设计组合机床总体设计 1.1 组合机床方案的制定组合机床方案的制定 组合机床是针对被加工零件的特点及工艺要求，按高度集中工序原则设计 的一种高效率专用机床。其方案制定的主要内容即零件在组合机床上合理可行 的加工方法，确定工序间的加工余量，相应的刀具结构，确定机床配置形式等。 被加工零件的加工精度和需要在组合机床上完成的加工工序，是制定机床 方案的主要依据，我们要加工的零件阀体，其需要在组合机床上完成的工序为 双面钻 24 个孔，孔的直径尺寸未注公差，其加工精度应取 IT11 级精度，23 孔于孔之间的位置精度要求不高，仅为，同一直线上孔的同轴度要求mm5 . 0 不高，所以钻 24 孔的加工工序只有一道工步即可，并且可以在一个安mm5 . 0 装工位上对所有孔同时从两面加工。 零件的材料，硬度，加工部位的结构形状，工件钢性，定位基面的特点等， 对机床工艺方案制定也有着重要的影响。同样精度的孔，因材料，硬度不同， 其工艺方案也不同，如钢件一般比铸件加工工步数多。若工件钢性不足，安排 工序一般不能过于集中，以免因同时加工表面多造成工件受力大，震动道贺发 热变形而影响加工精度。 被加工零件的特点还在很大程度上决定了机床采取的配置形式。本道工序 应加工的孔中心线与定位基面平行，且须由两面同时加工，所以采用卧式机床 很便宜。由于阀体零件为大型件，采用单工位机床加工较为适宜。因此，初选 组合机床为卧式双面单工位机床的型号。 零件的生产批量使决定采用单工位，多工位或自动线，还是按中小批量生 产特点设计组合机床的重要因素。此阀体零件年生产纲领为 2.5 万/年。生产批 量较大，工序安排应分散 综上所述，此组合机床应采取单工位固定式夹具的卧式双面机床的配置型 式。 1.2 确定切削用量及选择刀具确定切削用量及选择刀具 由组合机床设计简明手册中表 3-1 可知，加工精度 IT11 级，直径 30mm 的孔所需工艺方法只需钻削一次。 1.2.1 选择切削用量选择切削用量 按照经济地满足加工要求原则，合理的选择切削用量。查组合机床设计 G41J-6 型阀体双面钻 24 孔专机床上专用夹具设计说明书 6 简明手册中表 3-7。得用高速钢钻头钻削时加工得切削用量，取 f=0.3mm/r, v=20 米/分。 1.2.2 确定切削力，切削扭距，切削功率及刀具耐用度（钻单个孔）确定切削力，切削扭距，切削功率及刀具耐用度（钻单个孔） 由于 v公称=20 米/分。 F=0.3mm/r L/D=27/23=1.174,查表 3-14 得 K =1 则 v v=v公称=20 米/分 计算硬度 HB=240-（240-170）/3=210 有公式 3-1 得： P=26DfHB 8 . 06 . 0 =26230.3210 8 . 06 . 0 =5645N 有公式 3-2 得： M =10DfHB 9 . 18 . 06 . 0 =102.30.3210 9 . 18 . 06 . 0 =36500Nmm 由公式 3-3 得： N=MV/（9740D） =3650020/（974023） =1.037KW 由公式 3-4 得 T=（） 3 . 155 . 0 25 . 0 9600 VHBf D 8 =210 分 1.2.3 选择刀具结构选择刀具结构 为了使工作可靠，结构简单，刃磨容易，应尽量选择标准刀具，所以本机 床所采用刀具为标准得麻花钻。 1.3 组合机床总体设计组合机床总体设计 1.3.1 被加工零件工序图被加工零件工序图 被加工零件工序图使根据选定得工艺方案，表示一台组合机床或自动线完 成工艺内容，加工部位尺寸精度， ，表面粗糙度及技术要求，加工用定位基准， 夹压部位及被加工零件得材料，硬度，重量和在本道工序加工前毛胚或半成品 情况得图纸。它使组合机床设计简明手册得主要依据，也是制造，使用，检验 和调整机床得重要技术文件。 G41J-6 型阀体双面钻 24 孔专机床上专用夹具设计说明书 7 G41J-6 型阀体零件得被加工零件工序图如图 01-02。其上表示出了被加工 零件形状和轮廓尺寸及于本机床设计有关的部位的结构形状及尺寸。加工用定 位基准及加压部位方向，还表示出本道工序加工部位的尺寸，精度，表面粗糙 度，形状位置尺寸精度及技术要求，和必要的文字说明。 1.3.2 加工示意图加工示意图 (1) 零件的加工工艺方案要通过加工示意图反映出来。零件的加工工艺方案要通过加工示意图反映出来。 加工示意图表示被加工零件在机床上的加工过程，刀具辅具的布置情况以 及工件夹具，刀具等机床各部件间的相对位置关系。机床的工作行程及工作循 环等。因此，加工示意图使组合机床布置和性能设计的主要图纸之一，在总体 设计中占重要地位。它使刀具辅具夹具主轴箱，液压电气装置设计及通用部件 的选择的主要原始资料，也是整台组合机床布局和性能的原始要求，同时还是 调整机床刀具及试车的依据。 由于阀体上的孔规格相同，所用刀具导向，主轴，接杆等的规格尺寸。精 度完全相同，所以同一主轴箱上只需画出两根主轴，分别在其上标注上主轴号， 与工序图上工件孔号相对应。 (2) 选择刀具工具，导向装置并标注其相关位置及尺寸。选择刀具工具，导向装置并标注其相关位置及尺寸。 刀具的选择要考虑工件的加工精度，表面粗糙度，切削的排除及生产率要 求。要加工阀体两面 24 孔23mm 孔 Ra=25mm,只需用标准的麻花钻钻削一次 即可，所以刀具应选锥柄G7mm 的麻花钻。因为钻削分两次进行，所以麻23 花钻的长度分别取 在组合机床上加工孔，除钢性主轴的方案外，工件的尺寸，位置精度主要 取决于夹具的导向，所以正确选择导向结构，确定导向类型，参数，精度，不 但是绘制加工示意图所必须解决的问题也是设计组合机床不可忽视的重要内容。 导向通常分为两类：一类是刀具导向部分与夹具导套之间既有相对移动， 又有相对转动的第一类导向。另一类是刀具导向部分与夹具导套之间只有相对 移动而无相对转动的第二类导向。或称旋转式导向。第一类导向即固定式导向 的允许线速度V20 米/分。因此，除了绞孔外，这类导向很少用于大直径孔 加工。第二类导向的允许线速度大于 20 米/分。一般用于孔径大于mm 以上25 的孔加工，尤以大直径镗孔运用绞多。 本道工序刀具导向部分直径仅为 23mm，导向线速度也不大于 20 米/分。所 以选择了固定式导向。 导向数量应根据工件形状，内部结构，刀具刚性，加工精度及具体加工情 况决定。由于本机床的加工为钻单层壁小孔，且工件内部无法加导向，所以应 G41J-6 型阀体双面钻 24 孔专机床上专用夹具设计说明书 8 选取单个导向加工。 导向的汉族要参数包括：导套的直径及公差配合，导套的长度，导套离工 件的距离等，由组合机床设计简明手册中表 3-17 得： 导向至工件的距离 l =(0.3-0.6)d 2 =(0.3-0.6)23 =6.9-13.8mm 取 l =10mm 2 刀具与主轴的联接形式为刚性。 由机床夹具设计手册 ，选用标准的可换钻套，由 d=23mm.可选用的钻 套外径为 35mm，D =52mm,导向长度 L=37mm 2 (3) 初选主轴类型尺寸，外伸长度，和选择接杆浮动卡头初选主轴类型尺寸，外伸长度，和选择接杆浮动卡头 主轴形式主要取决于进给抗力和主轴刀具系统结构上的需要，根据选 定的切削用量计算出切削扭矩 M=36500Nmm,查表 3-19 和表 3-20，初定主轴直 径为 20mm 由于综合考虑加工精度和具体工作条件，根据表 3-21 ，3-22，得主 轴外部分尺寸直径 D/ d,为 30/20，长度 L=115mm，主轴类型选用前支承为推力 球轴承和向心球轴承，后支承为向心球轴承或圆锥滚子轴承的主轴与主轴配套 的刀具接杆莫氏锥号为 2 号。 除刚性主轴外，组合机床主轴与刀具之间常用两种连接。一是接杆连接， 也称刚性连接，用于单导向进行钻，扩，绞，锪孔及倒角加工。通用标准接杆 由大小型之分。其规格尾部结构尺寸随接杆号不同而异。可以从表 3-23 中参考 设计。二是浮动连接，即浮动卡头连接，用于长导向，双导向，多导向进行镗， 锪，绞孔以减少主轴位置误差及主轴径向跳动对加工精度的影响，避免主轴与 夹具导向不同轴而产生“别劲”现象，本机床进行的是单导向钻削加工，因选用 接杆连接， （用刚性连接）刀具尾部结构尾为莫氏锥号为 2 号。主轴外伸部分的 内孔直径为 20mm 则选择的接杆号为 4 号。 (4) 由主轴箱中所有刀具主轴中找出影响联系尺寸的关键刀具（即其中最长刀由主轴箱中所有刀具主轴中找出影响联系尺寸的关键刀具（即其中最长刀 具具） 从保证加工终了时主轴箱端面间距离尺寸最小来确定全部刀具，接杆（卡 头）导向，刀具托架及工件间的联系尺寸，其中，需标注主轴端部外径和内径 （D/d）外伸长度，刀具各段直径和长度，导向的直径和长度，配合等，工件至 夹具间还需标注工件距导套端面的距离。另外还要标注刀具托架与夹具之间的 尺寸，工件本身及加工部位的尺寸和精度等。 主轴箱端面至工件表面之间的轴向距离是机床加工示意图上最重要的尺寸。 为了缩短刀具悬伸长度与工件行程长度，要求这一尺寸越小越好。它取决于两 方面。一是主轴箱上刀具，接杆（卡头） ，主轴等由于结构和相互连接所需要的 G41J-6 型阀体双面钻 24 孔专机床上专用夹具设计说明书 9 最小轴向尺寸，二是机床总布局所要求的联系尺寸。本道工序中，刀具采用麻 花钻，刀具长度要考虑其螺旋槽尾部离开导套端面位置有一定距离，以备排屑 和刀具刃磨后有向前调整的可能，这段距离一般保证在 30-50mm 之间。该麻 花钻取这段距离为 40mm. (5) 确定动力部件的工作循环及工作行程确定动力部件的工作循环及工作行程 动力部件的工作寻还是：加工时动力部件从原始位置开始运动到加工终了 位置又返回到原始位置的动作过程。一般包括快速引进，工作进给，快速退回 等动作。有时中间还有中间停止，多次往复进给，死档铁停留等特殊要求。本 组合机床动力部件的工作循环包括：快速引进，工作进给，快速退回三部分。 工作行程长度的确定： 工作进给长度 L 应等于工件加工部位长度 L（多轴加工时应按最长孔计算） 1 与刀具切入长度 L 和刀具切出长度 L 之和。如图 1-1 所示。切入长度 L 应根 232 据工件端面的误差情况在 5-10mm 之间选择，本设计总选取 L =8mm。由于采 2 用标准麻花钻钻孔，所以 L （切出长度）可由参考文献（1）中表 3-24 中选取， 3 L=d/3+(38)=7.6+(38) 3 选取 L =10mm 3 工件加工部位长度为 L=27mm 所以工作进给 L =L+ L + L =27+8+10=45mm 123 1-1 加工示意图 组合机床上有第进给和第进给之分。第工作进给用于钻，扩，绞， G41J-6 型阀体双面钻 24 孔专机床上专用夹具设计说明书 10 镗通孔等工序，而第工作进给主要由于钻，镗孔之后需要锪平面或倒大角等 工序。通常，第工作进给速度比第工作进给速度小的多。工进转倒工 进时，除锪平面或倒大角的刀具外，其余刀具均离开工件加工表面而不再切削， 以免破坏工件已加工表面和降低刀具耐用度。 快速退回长度等于快速引进与工件进给长度之和。快速引进是指动力部件 把主轴箱连同刀具从原始位置送进倒工作进给开始位置。通常再采用固定式夹 具的钻，扩，绞孔组合机床上，快速退回行程长度须保证所有刀具均退至夹具 导套内而不影响工件装卸。但是当刀具刚性较好且能满足生产率要求时，为使 动力滑台导轨再全行程上均匀磨损，也可以加大快速退回行程长度。 动力部件的总行程长度除应保证要求的工作循环工作行程（快速引进+工作 进给=快速退回）外，还要考虑装卸和调整刀具方便，即考虑前备量，后备量。 前备量是指因刀具磨损或补偿制造，安装误差，动力部件尚可向前调节的 距离。而后备量是指考虑刀具从接杆中或接杆连同刀具一起从主轴孔中取出所 需要的轴向距离。理想情况是保证刀具退离夹具导套外端面的距离大于接杆插 入主轴孔内或刀具插入接杆孔内的长度。 因此，动力部件的总行程为快退行程长度与前备量后备量之和。依此作为 选择标准动力滑台或设计专用动力部件的依据。 词机床动力部件的前备量选取 20mm，由选的主轴型式和接杆的接杆号可知 后备量应取两者中的较大值，即选取后备量为 120mm。所以动力部件的总行程 为 120+45+30+20 即 215mm. 此外，画加工示意图时还应注意以下问题： 加工示意图应与机床实际加工状态一致。 图上尺寸应完整，以备检查行程和调整机床使用，图上应标注各主轴的切 削用量及必要文字说明，如被加工零件图号材料为 HT200，硬度为 HB=175 241，加工余量及是否用冷却液。 加工示意图上应有表示加工过程的工作循环图，及各行程长度。 1.3.3 机床联系尺寸图机床联系尺寸图 机床联系尺寸图的作用及内容 组合机床是由标准的通用部件动力滑台，动力箱，各种工艺切削头， 侧底座，立柱及中间底座加上专用部件主轴箱，刀，辅具系统，夹具，液 电，冷却，润滑，排屑系统组合装配而成。联系尺寸图就是用来表示各组成部 件的相互装配关系和运动关系，以检验机床各不见相对位置尺寸及尺寸联系是 否满足加工要求，通用不见的选择是否合适，并为进一步开展主轴箱，夹具等 专用部件，零件的设计提供依据。联系尺寸图也可以看成简化的机床总图，它 表示出机床的配置形式及总体布局。 G41J-6 型阀体双面钻 24 孔专机床上专用夹具设计说明书 11 本组合机床的尺寸联系图用主视图，左视图两视图，按 1：4 比例画出各主 要组成部件的外形轮廓及相关位置，表明机床的配置形式及总体布局，主视图 选择可与机床实际加工状态一致的视图。 尺寸联系图中不必要的线条与尺寸都尽量减少。但是反映各部件的极限位 置及行程尺寸，都必须完整齐全。各部件的详细结构不必再尺寸联系图上反映 出来，都留在部件的具体设计中完成。 联系尺寸图上标注出了通用部件的规格代号，电动机型号，功率及转速， 注明了各机床部件的分组情况及总体行程，这样，就方便开展部件设计 选择动力部件 组合机床的动力部件是配置组合机床的基础。它主要包括用以实现刀具主 轴旋转主运动的动力箱，各种工艺切削头以及实现及给运动的动力滑台。 在选择动力滑台部件时，应根据具体加工工艺及经济窗配置型号要求，制 造及使用条奖等因素全面考虑，以便所设计机床既有合理先进的工艺技术水平， 又有良 好的经济效益。 由选择切削用量和选择刀具种计算得知，各刀具主轴得切削功率 N =1.03KW，因为单面钻 12 个规格相同的孔，所以总功率 1 N=121.03=12.36KW 由于这样切削力很大，为了减少切削力，决定 12 孔中先 钻 6 个孔，当钻号这 6 个孔后再钻其余 6 个，所以切削功率只要求一半，即 0.512.36=6.18KW。 同样，由前面计算得知，各主轴轴向切削力 P=5600N，由于同样分两次切 削，所以各主轴轴向切削合力取5600=33600N 6P （进给速度取 V=20 米/分，则快速引进和快退得速度进给量选取为 0.3mm/r 各种动力滑台都有规定得快速行程速度和最小进给量得限制。所选择 得快速行程速度应小于动力滑台规定得快速行程速度。所选得进给量得每分钟 工作进给速度应大于动力滑台额定得最小进给量。 选用动力滑台时，必须考虑其允许得最大行程。设计时，所确定的动力部 件总行程应小于所选动力滑台得最大行程。 为了使加工过程中动力部件稳定性良好，不同规格的动力滑台与荷重规格 动力箱配套使用，其上能安装多大轮廓尺寸的主轴箱使有一定限制。设计时可 查组合机床通用部件相应标准的推荐值。 动力滑台导轨组合有“矩矩”“矩山”两种形式。前者一般多用于带 导向引导刀具进行加工的机床及其他粗加工机床。后者导向性好，精度高，主 要用于不带导向的刚性主轴加工及其他精加工机床。本组合机床采用“矩山” 型式导轨，这样有利于组合机床加工精度的提高。 综合以上因素，即切削功率为 5.4KW,切削力为 33600N,进给量为 0.2mm/r，选择正确合适的动力动力滑台和动力箱。并以其为基础进行通用 G41J-6 型阀体双面钻 24 孔专机床上专用夹具设计说明书 12 部件配套。 本组合机床所选用的动力部件及其配套 通用部件型号，规格以及主要尺寸， 性能如下： a.液压动力滑台 HY40BI 台宽 400 毫米，长 800 毫米，行程长 400 毫米，导轨选用“矩山”型式， 滑台及滑座总高 320 毫米，滑座长 1240 毫米，允许最大进给力 P =25KN，快 3 速行程速度 0.5 米/分，工进速度 10600 毫米/分。 b.齿轮传动动力箱 TD40A 电动机为 Y132S 2 型，功率 5.5KW 动力箱输出轴转速为 720 转/分， 1 动力箱与动力滑台结合面尺寸：长 550mm,宽 400mm,动力箱输出轴距箱底面高 度为 160 毫米。 c.配套通用部件 侧底座 cc40,其高度 H=560 mm，长度为 L=1240mm, 绘制联系尺寸图 1 夹具轮廓尺寸的确定夹具轮廓尺寸的确定 组合机床夹具是保证零件加工精度的重要专用部件。所要确定的夹具轮廓 尺寸主要是指夹具底座的长宽高。由于工件的轮廓尺寸为 600355400，考 虑刀要布置下保证加工要求的定位，限位，夹紧机构，导向系统，并考虑夹具 底座与机床其他部件连接，固定所需要的尺寸，所以暂定尺寸为 900450300。 2 机床装料高度机床装料高度 H 装料高度是指机床上工件的定位基准面的到地面的垂直距离。由前面可知 滑台与滑座总高为 320mm，侧底座高度为 560mm，夹具底座高度为 300mm， 中间底座高度为 560mm，又由于主轴箱最低主轴高度取为 100mm，所以机床 装料高度取 H=960mm. 3 中间底座轮廓尺寸中间底座轮廓尺寸 中间底座轮廓尺寸要满足夹具在其上面安装联接的需要。其长度方向尺寸 要根据所选的动力部件（滑台和滑座）及其配套尺寸部件（侧底座）的位置关 系照顾各部件联系尺寸的合理性来确定。一定要保证加工终了位置时，工件端 面至主轴箱前端面的距离不小于加工示意图上要求的距离。本组合机床左面 L =315mm，右面 L=315mm，为了便于切削及冷却液回收。中间底座周边须 左1右2 有足够宽度的沟槽，其周边要加上一个尺寸 a=50mm由此，可以确定中间底座 的轮廓尺寸为 1000500560 4 主轴箱轮廓尺寸主轴箱轮廓尺寸 由参考文献（1）得知，标准得通用钻，镗类主轴箱的厚度有两种尺寸规格， G41J-6 型阀体双面钻 24 孔专机床上专用夹具设计说明书 13 卧式为 325mm，立式为 340mm,由于本组合机床为卧式。所以选取厚度为 325mm 的主轴箱。下面主要确定主轴箱的宽度 B 和高度 H，及最低主轴高度 h。如下图 1-2 所示，被加工零件以点划线，主轴箱轮廓尺寸有粗实线表示。 1-2 主轴箱轮廓尺图 主轴箱宽度 B 和高度 H 的大小主要与被加工零件孔的分别位置有关： B =b+2b H =h+ b +h 11111 式中:b工件在宽度方向相距最远的两孔距离（毫米） b 最边缘主轴中心距箱外壁的距离（毫米） 1 h工件在高度方向相距最远的两孔距离（毫米） h 最低主轴高度 1 为了保证主轴箱有排布齿轮的足够空间，选取 b =80mm 1 由前面分析可知，机床装料高度 H=960mm 滑台和滑座总高 h =320mm 3 侧底座高度 h =560mm ，滑座与侧底座之间调整垫高度 5mm （h ） 。由工件 47 零件图上得知工件最低孔位置 h =20mm 2 所以 h = h +H（h +h +h ） 12374 =20+960（320+560+5） =95mm 取 b =80mm ，则可求出主轴箱轮廓尺寸： 1 G41J-6 型阀体双面钻 24 孔专机床上专用夹具设计说明书 14 B =b+2b =295tg15 +280=450mm 11 H =h+ b +h =295tg15 +95+80=465mm 111 按照主轴箱轮廓尺寸系列标准，最后确定主轴箱轮廓尺寸为 BH=500500 毫米 联系尺寸图的画法和步骤 选择与实际机床工作位置一致的图形布置作为主视图，由于机床实际尺寸 太大，选择 1：4 比例绘制此图。先用双点划线或细线画出被加工零件的长高 轮廓。以工件两端面及工件最低孔中心线，分别为长度和高度方向上的基准， 根据前面已确定的机床各部分组成部件轮廓尺寸及主要相关尺寸按下列顺序进 行（由于本组合机床左右两面所选部件相同，加工内容一致，所以本说明仅以 一面进行）： 以工件左端面为基准，根据前面已经确定的工件端面位置到主轴前端面的 距离最小值 L=320mm ，确定机床左端主轴箱前端面的轴向位置。再根据主 左1 轴箱最低主轴高度位置尺寸 h =95mm 及主轴箱齿轮尺寸长宽厚 1 =500500325mm 画出左主轴箱外廓。主轴箱以其后盖与动力箱定位连接，根 据已选择的 TD40A 型动力箱与动力滑台定位连接，在机床长度方向上 ，通常 动力箱后端面应与滑台后端面平齐安装。动力滑台与滑座在机床长度方向的相 对位置，由加工终了时滑台前端面到滑台滑座前端面的距离 L 决定。L 是在 22 机床长度方向上各部件联系尺寸的可调环节。对于通用的标准动力滑台，L 尺 2 寸的最大范围为 7585mnm L 是动力滑台，滑座本身结构决定的滑台前端面 2 到滑座端面的最小距离与前备量二者之和。前者通常不应小于 1520mm ，本 例取 20mm ，后者用以补偿刀具重磨后轴向可调的尺寸并用于弥补机床制造和 安装误差，本设计中前备量也取为 20mm，则： l =20+20=40mm 2 为了便于机床的调整和维修，滑座与侧底座之间需加 5mm 的调整垫。而后 座与侧底座在机床长度方向上的相对位置由滑座前端面到侧底座前端面的距离 l 决定。若所采用的侧底座为标准型，则 l =100mm ， 33 中间底座轮廓尺寸的确定原则前面已经阐述。其长度方向尺寸可按下式确 定： L=(L+L+2L +L )2(l +l +l ) 左1右123123 式中：L 加工终了位置，主轴箱至工件端面间的距离，其中 L= 1左1 G41J-6 型阀体双面钻 24 孔专机床上专用夹具设计说明书 15 L=315mm 右1 L 主轴箱厚度，本设计中取 L =325mm 22 L 工件沿机床长度方向的尺寸，本设计中为 L =600mm 33 l 机床长度方向上，主轴箱与动力滑台的重合长度，本设计中， 1 l =300mm 1 l 加工终了位置，滑台前端面至滑座前端面的距离，本设计中， 2 l =40mm 2 l 滑座前端面至侧底座前端面的距离，本设计中 l =100mm 33 则： L=(L+L+2L +L )2(l +l +l ) 左1右123123 =（315+315+2325+600）2（300+40+100） =1000mm 取 L=1000mm 中间底座长度尺寸 L 经过计算确定后，必须根据夹具底座长度尺寸 A（本 例中 A=900mm）及其在中间底座上的相对按装位置来检查尺寸 a 的大小是否合 适。 通常，当机床不采用冷却液时，要考虑中间底座周边应由一定宽度得回收 冷却液及排屑沟槽尺寸一般不应小于 70100 毫米。 如果计算出得 L 值不能满足 A 和 a 尺寸要求可采取改变加工终了位置时主 轴箱端面至工件端面得距离 L 和改变滑台前端面到滑座前端面得距离 L 得办 12 法解决。 当夹具底座轮廓尺寸 A 已经确定，由于计算出的中间尺寸长度尺寸 L 太小 而造成 a 尺寸太小时，也可以通过重新选择接杆改变 L 尺寸进行调节，此时必 1 须同时修改加工示意图，以达到 L 和 a 尺寸加大的目的；或者减少 l 的尺寸， 2 但必须保证滑台有足够的前备量 1520mm。 综上所述可以看出，中间底座轮廓尺寸（尤其是沿机床长度方向的尺寸 L）的决定比较灵活，即要照顾到其他部件联系尺寸的合理性，又要尽量使机 床布局匀称，节省材料。 左视图重点在于表示清楚组合机床各部件在宽度方向上的轮廓尺寸及相关 G41J-6 型阀体双面钻 24 孔专机床上专用夹具设计说明书 16 位置，配合左视图完成联系尺寸图所要表达出的内容。 联系图上应注明的状态和尺寸 完整、恰当的标注机床各只要组成部件的轮廓尺寸及相关联系尺寸，因此 机床在长、宽、高三方向的尺寸封闭。 应表示清楚运动部件的原位，终点位置及运动过程情况，以确定机床最大 轮廓尺寸。 应注明工件，夹具、动力部件、中间底座与对称中心线位置关系，特别是 当工件加工部位对工件中心不对称和有某些具体要求是动力部件相对夹具，夹 具相对于中间底座也就不对称，此时应注明它们相互偏差位置的尺寸。 应注明电动机型号、功率、转速及所选择标准通用部件的型号规格和其主 要轮廓尺寸，并对组成机床的所有部件进行分组编号，作为部件和零件设计的 原始依据。 1.3.4 生产率计算卡生产率计算卡 根据选定的机床工作循环所要求的工作行程长度，切削用量、动力部件的 快速及工进速度等。可以计算机床的生产率，并编制机床生产率计算卡，用于 反映机床的加工过程，完成每一根轴所需要的时间，切削用量、机床的生产率 及机床负荷率。 1 理想生产率理想生产率 指完成年生产纲领 A（包括备品及废品率在内）所要求的机床生产率。由 于加工阀体零件采用但班制，所以全年工时数 K=2350 小时。A=2.5 万件，则： Q=件/小时=10.67 件/小时 K A 2350 25000 2 实际生产率实际生产率 指所设计机床每小时实际可以生产的零件数量。 Q1=件/小时 单 T 60 式中：T生产一个零件所需要的时间（分） 单 T= T+ T 单切辅 =（）+（）分 停 t V l V L ff 2 2 1 1 装卸移 快退快进 tt V LL fk 式中：L1、L2分别为刀具第、第工作进给行程长度（毫米） Vf1、Vf2分别为刀具第、第工作进给量（毫米/分） t动力滑台在死当铁上的停留时间，通常指刀具在加工终了是无进给 停 G41J-6 型阀体双面钻 24 孔专机床上专用夹具设计说明书 17 状态下旋转 510 转所须的时间（分） 。 L、L快进、快退行程长度。 快进快退 V动力部件快速行程速度 fk t直线移动或回转工作台进行一此工位转换的时间，一般可取 t=0.1 移移 分 t工件装卸时间，它取决于工件重量大小，装卸是否方便及工人的 装卸 熟练程度，一般取 0.51.5 分 有前面分析可知： L1=L2=40 mm Vf1=Vf2=100mm/分 t=0.02 分 停 t=0.1 分 移 t=1.2 分 装卸 由于工件比较大，装卸不方便所以取比较大值。 L=50mm L=125mm 快进快退 V=5000 mm/分有上可知： fk T= T+ T 单切辅 =（）+（）分 停 t V l V L ff 2 2 1 1 装卸移 快退快进 tt V LL fk =（）+（）分02. 0 50 80 2 . 11 . 0 5000 12550 =1.62+1.335 =2.955 分 所以机床实际生产率 Q =20.3 件/小时 1 95 . 2 60 取 Q =21 件/小时 1 G41J-6 型阀体双面钻 24 孔专机床上专用夹具设计说明书 18 有上知：Q =21 件/小时Q=10.67 件/小时 1 所以所选择的切削用量和机床总体设计方案合适。 第二章第二章 组合机床专用夹具设计组合机床专用夹具设计 此次设计的组合机床加工工序内容如附图被加工零件工序示意图,为钻两面 24 各 23mm 孔,要保证两面对应孔的同轴度0.5mm,对中心轴线的位置度 0.5mm.如工序图上所视,在加工本道工序前,三个 355 圆柱面应以加工过,而出 于中间的那个圆环上 12 个 18mm 也要加工过. 2.1 设计方案的确定设计方案的确定. 2.1.1 定位方案的确定定位方案的确定 由上面的分析可知:A 面及其上 12 个 18mm 孔是在本道工序前加工出来的,如 图(2-1)所示所以方案一就是选 A 面及其上任意两相距较远的孔作为定位基准,即 选取一面两孔的定位方案. 定位方案二就是选两互相平行的 355 圆柱面为定位基面,用 V 型块定位. 由于方案 1 中,两定位孔的精度不高,因此导致此方案的定位方案精度不高, 再加上定位基准和工序基准不重合,误差就更大,所以不便采用. 而第二个方案就不同,虽然 355 圆柱面加工要求不高,表面粗糙度 Ra=25 m，由于定位基准和工序基准重合,减少了基准不重合误差,定位精度就比方案 1 显著提高了. 2-1定位方案图 G41J-6 型阀体双面钻 24 孔专机床上专用夹具设计说明书 19 2.1.2 加紧方案的选择加紧方案的选择 由于该工件是薄壁零件夹压位置不能作用在壳体上,最好作用在有肋板的地 方, 如图(2-1)所示夹压点取在 A 面上。, 如图(2-1)所示这样夹压，则液压缸就 会占据工件前面很大的地方，则妨碍工件的装卸。 另外，确定夹压位置时应注意： a. 保证：零件夹压后定位稳定。为了使工件车加工过程中不产生振动和 位移，夹压力要足够，夹压点布置使夹压合力落在定位平面内。 力求接近定位平面的中心点。 b. 尽量减少和避免零件夹压后的变形，消除其对加工精度的不利影响， 为此，应避免把夹压点放在零件加工孔的上方，和容易引起变形的地方。对钢 性差的零件应适当的增加辅助支撑或采用多点夹压的方法，以使夹压分布均匀， 减少夹压变形，提高加工精度。 本组合机床的专用夹具就是为了减少变形而在 A 面对应处增加两助支撑， 为了减少辅助加工时间，采用液压驱动的辅助支撑。 理论上，液压驱动的加紧装置和辅助支撑应同时（动作）对工件施加动作。 由于存在误差，两者不能同时对工件施加动作，这时就让夹紧装置先动作，这 一点在设计液压系统图时应注意。因为如辅助设备先动作，将会顶起工件，破 坏在 v 形块上的定位，所以应让加紧装置先动作。 2.1.3 夹紧力的确定和夹紧液压缸的选择夹紧力的确定和夹紧液压缸的选择 计算夹紧力时，通常将夹具和工件看成一个钢性系统，根据工件受切 削力、夹紧力的作用情况找出在加工过程中对夹紧最不利的状态，按静力平衡 原理计算出理论夹紧力。最后为保证夹紧可靠、再乘以安全系数作为实际所需 夹紧力的数值。 即：W=WK K 式中：W实际所需夹紧力（N） K在一定条件下由静力平衡计算出的理论夹紧力（N） K安全系数 安全系数 K 可按下式计算： K=K K K K K K K 0 12 3456 由机床夹具设计手册表 1-2-1，查得： K :取 1.21.5,取 K =1.3 00 G41J-6 型阀体双面钻 24 孔专机床上专用夹具设计说明书 20 K :加工性质为精加工 , 取 1.0 1 K :由表 1-2-2 查得 K =1.15 22 K :连续切削 取 1.0 3 K :液动夹紧 取 1.0 4 K =K =1.0 56 所以: K=K K K K K K K 0 12 3456 =1.31.01.151.01.01.01.0 =1.495 由于 K=1.495 小于 2.5 所以取 K=2.5。 理论夹紧力 W 按机床夹具设计手册表 1-2-1 查得： 以 V 型块定位，压板夹紧的形式的夹紧力公式为： （1）.W= （N） K RuRu WK 21 2 sin 2 sin （2）. W= （N） K 43 2 sin 2 sin uu KP 其中： u 、u 分别为工件与压板间圆周方向和轴向摩擦系数 13 u 、u 分别为工件和 V 型块间圆周方向和轴向摩擦系数 24 参考表 1-2-12，分别取 u =u =0.2 12 u =u =0.25 34 由机床总体设计中得： W=26782Nmm6 P=3840N6 由（1）式得：W= K 3552 . 045sin3552 . 0 645sin267825 . 2 =2343.7N G41J-6 型阀体双面钻 24 孔专机床上专用夹具设计说明书 21 由（2）式得：W= K 25 . 0 45sin25 . 0 45sin638405 . 2 =95434.8N 选其中较大值即：W=95434.8N K 查机床调整和使用 ，初选夹紧液压缸为 T5058,活塞杆拉力 26.4KN， 推力为 33KN。 2.2 专用夹具各组成部分的设计专用夹具各组成部分的设计. 2.2.1 定位装置定位装置 定位装置包括定位元件及其组合,其作用是确定工件在夹具中的位置,即通过 它使工件加工时相对于刀具及切削成形运动处于正确位置. 由前面定位方案可知,本夹具采用两短 V 形块定位,限制工件四个自由度.由 于工件圆柱面直径很大,为mm,则此 V 形块为非标准,355 由机床夹具设计手册,表 1-1-5,得 V 形块尺寸计算公式(选择=90 ) V 形块标准定位高度:T T=H+0.707D-0.5N V 形块开口尺寸 N: N=1.15D-1.15a 其中 a=(0.14-0.16)D 由工件图知:D=355mm 则 a=(0.14-0.16)355=49.756.8mm 取 a=55mm N=1.15D-1.15 a =1.15355-1.1555 =345 取 V 形块 H=200mm 则 T=200+0.707355-0.5350 =276mm 参考手册,V 形块材料选用 45 钢,热处理采用表面渗碳,渗碳层厚度为 0.8 1.2mm HRC5864. 为了防止工件变形太大而影响加工精度,本夹具还采用由液压缸驱动得辅助 支承,以增大功能间的刚性,减少变形.该液压缸选用 T5034型.其活塞顶部所用 的支承钉由夹具手册中选用支承钉 A2020.GB222680. G41J-6 型阀体双面钻 24 孔专机床上专用夹具设计说明书 22 2.2.2 夹紧装置夹紧装置 夹紧装置的作用是将工件压紧压牢,保证工件在工件定位时所占据的位置在加 工过程中不因受重力,惯性力以及切削力等外力作用而产生位移,同时防止或减小 振动.它通常是一种机构,包括力源装置,中间递力机构,夹紧元件和夹紧机构. 为了提高劳动生产率并保证夹紧可靠,本夹具采用液压夹紧,由前面夹紧力计 算中得知,液压缸选用 T5038型. 为了减少工件装卸时间,要求夹紧压块在松开工件时不应防碍工件的装卸,参考 机床夹具设计手册,选择如下图 2-2 所示的铰链式夹紧机构. 2-2 铰链式夹紧机构图 G41J-6 型阀体双面钻 24 孔专机床上专用夹具设计说明书 23 2-3 受力简图 初步确定结构尺寸, 取 l =45mm,l =50mm,L=150mm 21 铰链夹紧机构末端 A 端由一个行程终点.当机构处于夹紧状态时,A 端离其 最终点应保持有一个储备量 S ,否则结构可能失效.一般 S0.5mm,这里选取 S CC =1mm.A 端行程包括两个方面,一部分为空行程 S ,用于获得足够间隙来装卸工 C1 件,一部分为夹紧行程 S +S ,其中 S 用以补偿被夹紧表面的尺寸偏差, S 用于 2323 补偿机构的受力变形. 由表 1-2-37.计算出: i = Q )(2 1 j tg = )1027 . 9 (2 1 tg =1.43 其中= cos j 1 L ssL c 2 )(cos2 32 = cos=9.27 1 1502 5 . 15 . 08cos1502 G41J-6 型阀体双面钻 24 孔专机床上专用夹具设计说明书 24 所以 Q=W / i 0Q = W 2tg(+) 0j W =W 0k 01 2 l l =95434.8 98 . 0 50 45 =87644N 所以 Q= W 2tg(+) 0j =876442tg(9.27 +10 ) =61282N 由于动力装置为选用的标准液压缸,不需结构尺寸的计算. 下面主要对压块,铰链中的零件进行结构设计,两销轴之间的距离为 50mm.由 于它传动的夹紧力比较大,所以压块厚度选为 40mm,材料选用 45 钢,热处理 HRC3540.具体结构见附录二 压块 其余铰链见附录三，四，五夹具专用零件图. 2.2.3 刀具引导装置刀具引导装置 引导装置的作用是确定夹具相对于刀具的位置,引导刀具进行加工. 本组合机床夹具的引导装置均选用标准件.借住于引导元件可以提高被加工 孔的几何精度,尺寸精